潤滑油添加劑組合物的制作方法
【專利摘要】潤滑油添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，并進一步包括磨料顆粒。一種潤滑油添加劑組合物用于摩擦表面的磨損保護的應用，所述潤滑油添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽以及磨料顆粒。
【專利說明】潤滑油添加劑組合物
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬涂層潤滑油添加劑。更具體地，本發(fā)明涉及一種組合物以及一種用于在摩擦表面上形成保護膜的方法，所述組合物將要被添加至潤滑油以保護摩擦表面。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)代汽車工業(yè)和運輸工業(yè)中，大部分的機械故障由于他們活動部件的機械磨損所引起，所以非常需要改善馬達和機器中活動部件(例如，發(fā)動機活塞)的抗磨損性和抗摩擦性。通常，因為潤滑油與表面之間的摩擦的有害性遠遠小于表面與表面之間的摩擦的有害性，所以利用不同種類的潤滑油分離的活動部件，降低系統(tǒng)中活動部件之間摩擦。
[0003]目前市場趨向于要求清潔的燃料和機油。存在一種代替不良成分(諸如硫S和磷P，)的趨勢。該動因必定是降低二氧化碳和有害氣體排放量的目的。實現(xiàn)該目標的一種方法是進一步降低有害成分的含量。該目的是生產(chǎn)硫酸鹽灰分、磷和硫含量盡可能低的潤滑油(也即，低SAPS油)。
[0004]典型的潤滑油由基礎油(約80%)以及復合添加劑組成。該復合添加劑包括復合分散劑(例如，清潔劑(也即洗滌劑)、煙炱分散劑、抗氧化劑、防蝕劑、抗磨成分)以及粘度調(diào)節(jié)劑(例如，SBS、烯烴共聚物)。用于制造潤滑油的基礎油可分為4類:API1，礦物油類；API2，改性的礦物油類；API3，半合成油類；以及API4，合成(PAO)油類。
[0005]目前，已知了許多類型的潤滑油組合物。一個深入研究用于改善潤滑油的抗摩擦性能的方案是:將油溶性金屬組合物加入至基礎潤滑油中。美國專利申請US4431553公開了一種潤滑油，所述潤滑油包括一種混合物，所述混合物包括:各種潤滑脂；潤滑油以及以氧代喹啉酸銅、氧代喹啉酸錫或氧代喹啉酸銅鉛形式的0.^丨％至10wt%的銅、錫和鉛或他們的混合物。然而，由于這種金屬氧`代喹啉酸在油中的低溶解性，該潤滑油在發(fā)生高壓摩擦的地方是應用是無效的。
[0006]目前，歐洲引入的基本上所有的新的發(fā)動機潤滑油是基于API3類油。根據(jù)基礎油的硫含量，鏈烷烴含量以及粘性指數(shù)來表征該基礎油。硫含量越低越好。含硫化合物以及含磷化合物的其他源是源自抗氧化劑和抗磨添加劑。
[0007]在過去的五十年間，尤其發(fā)展了在高溫和高壓下的惡劣環(huán)境下使用的金屬涂層潤滑油。金屬涂層潤滑油為形成非氧化性薄金屬膜的材料，例如在摩擦表面上，也可在不含有膜形成金屬的那些表面上形成幾微米厚的銅薄膜。甚至在臨界潤滑條件以及當摩擦表面處于高壓下時，該保護薄金屬膜顯著降低了摩擦系數(shù)。
[0008]俄羅斯專利RU2277579公開了一種含金屬的油溶性組合物，用于潤滑材料。所述組合物包括無機酸的金屬鹽、有機酸的金屬鹽、脂肪醇、芳香胺、環(huán)氧樹脂、丁二酰亞胺聚合物以及吲哚啉的2-亞氨取代衍生物。所述組合物的已知的不足是:摩擦表面上的保護薄金屬膜的無效形成，從而使得這種潤滑油在至關重要的達到最大可能和最大程度保護的應用中的不起作用。
[0009]本發(fā)明的目的是消除以上提及的不足。本發(fā)明的目的是:通過降低摩擦表面的溫度并且改善耐磨性，從而降低機器、發(fā)動機以及馬達的活動部件的磨損以延長機器、發(fā)動機以及馬達的壽命。通過用新型潤滑油添加劑組合物保護摩擦表面來實現(xiàn)該目的，所述潤滑油添加劑組合物提供了在摩擦表面上保護薄金屬膜的快速形成。此外，提出了一種用于摩擦表面的磨損保護的新型方法。本發(fā)明基于研究工作，該研究工作的目的在于:特定濃度的磨料顆粒加速了保護薄金屬膜的形成。根據(jù)該研究，磨料顆粒提高了以金屬鹽形式存在于潤滑油中的金屬離子的擴散至摩擦表面的晶格中。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物的進一步的目的是提供一種環(huán)境友好的潤滑油添加劑或復合添加劑，與目前市場上可得到的潤滑油或潤滑油添加劑相比，所述潤滑油添加劑或復合添加劑含有顯著少量的毒性且環(huán)境有害的化學品或成分。根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物能夠幾乎完全降低含硫和磷的添加物；所述潤滑油添加劑組合物確實不包括磷類化合物也不包括硫類化合物。當使用包括根據(jù)本發(fā)明的組合物的潤滑油添加劑時，并不需要進一步添加有毒的化學品(例如磷和硫或他們不同的化合物)，這種有毒的化合物通常由于他們的抗氧化性和抗磨性質(zhì)而被用于潤滑油中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物提供了在不需要加入例如磷和硫類化合物的條件下，改善的摩擦表面的抗磨性的用途。這種發(fā)展與為了進一步降低廢氣排出量的低SAP產(chǎn)品的將要出臺的規(guī)定相一致 。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]權利要求1中公開了根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物的特征。權利要求6中公開了根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物的應用的特征。權利要求10公開了根據(jù)本發(fā)明的摩擦表面的磨損保護的方法的特征。
[0013]本發(fā)明專注于一種潤滑油添加劑組合物(也即，復合潤滑油添加劑)；潤滑油添加劑組合物用于金屬表面潤滑的用途以及一種用于摩擦表面的磨損保護的方法。本文中，潤滑油表示在活動表面之間引入的物質(zhì)，以降低活動表面之間的摩擦，也即，潤滑油為任意種類的天然或合成的馬達油或傳動機油，或塑料潤滑物質(zhì)。本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物的化合物在摩擦表面上發(fā)生反應且在所述表面上形成非氧化性薄金屬膜，從而降低已經(jīng)涂覆了含有潤滑油添加劑組合物或復合潤滑油添加劑的表面的機械磨損和破裂。因此，所述潤滑油添加劑組合物可被分類為金屬涂層組合物。
[0014]正如本領域技術人員所熟知的，為了在金屬摩擦表面上形成金屬膜，潤滑油應該包括金屬離子。此外，所述離子具有的離子化能必須高于表面金屬離子的離子化能；也即，如果摩擦表面由鋼制成，潤滑油必須包括離子化能高于Fe的金屬離子。在這種情況下，潤滑油中存在的金屬離子填充摩擦表面內(nèi)的空隙并且在摩擦表面內(nèi)擴散，該摩擦表面去除了由摩擦引起的位錯并且在表面上形成保護性薄金屬膜的晶體。
[0015]將無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽加入至潤滑油中對于在潤滑油涂覆的摩擦表面上形成保護性薄金屬膜是至關重要的。所述金屬鹽提供金屬離子，所述金屬離子填充形成薄金屬膜的摩擦表面內(nèi)部的開放空隙并且在形成薄金屬膜的摩擦表面內(nèi)擴散。這是本領域中已知的實踐，在RU2277579中公開的組合物為一個實例。然而，與現(xiàn)有技術本質(zhì)不同的是:根據(jù)本發(fā)明的添加劑組合物包括磨料顆粒，所述磨料顆粒提高了以金屬鹽形式存在于組合物中的金屬離子擴散至摩擦表面中，并且因此加速了保護性金屬膜的形成。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物，包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，并且進一步包括0.005wt%至0.lwt%，優(yōu)選0.01wt%至0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。
[0017]當施加至摩擦表面時，包括根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物的潤滑油添加劑通過鹽和金屬表面之間的金屬離子的物理結(jié)合而在摩擦表面處形成保護層。磨料顆粒增強了金屬離子擴散至摩擦表面中，并且由于它們從摩擦表面去除氧化膜而加速了保護性金屬膜的形成。換句話說，磨料顆粒通過從摩擦表面去除氧化膜，從而通過鹽的金屬離子和摩擦表面的金屬離子之間的物理結(jié)合催化了保護性金屬膜的構(gòu)建。通常由于空氣暴露而在金屬表面形成的氧化物膜使得金屬更能抵抗化學反應。表面沒有氧化物膜時，保護性金屬膜形成更快。
[0018]在本文中，對于磨料顆粒，其表示自然產(chǎn)生的或制造的粒狀材料，由細碎的硬顆粒，例如礦物顆?；蚪饘兕w粒組成。應當注意的是，磨料顆粒的確切的化學組成是不太重要的；然而，關鍵的因素是添加劑組合物中磨料顆粒的含量。根據(jù)大量的研究，添加劑組合物中磨料顆粒的最佳含量在約0.005wt%至約0.lwt%之間變動，其中wt%是重量百分比。最佳含量取決于諸如潤滑油和添加劑的組成、磨料顆粒的尺寸等因素。研究表明，當添加劑組合物包括約0.01wt%至約0.05wt%的磨料顆粒時，在被潤滑的表面之間的摩擦開始(也即，潤滑的發(fā)動機或馬達開始運行的時刻)后的約30秒內(nèi)形成保護性金屬膜。對不含有磨料顆粒的相似的潤滑油添加劑組合物進行的測量表明:在這些情況下，在約5分鐘內(nèi)形成保護性金屬膜，這是明顯較長的時段。
[0019]在本發(fā)明另一優(yōu)選的實施方式中，磨料顆粒的平均直徑尺寸為0.5μπι至20μπι，優(yōu)選為I μ m至10 μ m,最優(yōu)選為I μ m至3 μ m。磨料顆粒的確切的化學組成可變化,然而磨料顆粒的平均直徑尺寸約為0.5 μ m至20 μ m,優(yōu)選為I μ m至10 μ m,最優(yōu)選為I μ m至3μπι。這就意味著，統(tǒng)計學上大部分的磨料顆粒具有所述直徑，然而，在這些數(shù)值附近變動是可能的。因此，潤滑油添加劑組`合物中，可以發(fā)現(xiàn)大部分的磨料顆粒具有約Ium的直徑；然而，相同的潤滑油添加劑組合物也可包括具有約5 μ m或20 μ m的直徑的磨料顆粒。相似地，在另一種潤滑油添加劑組合物中可以發(fā)現(xiàn)大部分的磨料顆粒具有約IOym的直徑，然而，在相同的潤滑油添加劑組合物中也可包括具有約3μπι直徑的磨料顆粒。研究表明，具有0.5 μ m至20 μ m直徑的磨料顆粒能夠最有效地從摩擦表面去除氧化膜，并且因此加速保護膜形成。
[0020]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方式中，磨料顆粒的莫氏硬度至少為7。因此，磨料顆粒包括具有7或大于7的莫氏硬度的陶瓷材料、礦物、金屬和/或其他化合物的細碎顆粒。除此之外，下列礦物具有至少為7的莫氏硬度，因此適用于用作磨料顆粒:石英、加納(garner)、綠柱石、黃寶石、翡翠、尖晶石、剛玉、硼和金剛石。此外，至少下列金屬具有至少為7的莫氏硬度，因此也可適用于用作磨料顆粒:鋨、鋼、鎢、鉻和鈦。進一步地，至少下列具有至少為7的莫氏硬度的陶瓷材料可被用作磨料顆粒:碳化硅、碳化鎢、碳化鈦、二硼化錸和二硼化鈦。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案，磨料顆粒包括以細粉末或粒狀混合物的形式的上述陶瓷材料、礦物、金屬或它們的混合物的任何一種。
[0021]在另一本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，磨料顆粒包括硼族、碳族和/或堿土金屬族的元素的碳酸鹽、氮化物、碳化物和/或氧化物。在本文中，硼族為由硼(B )、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)和113號元素(Uut)組成的周期表中的族；碳族為由碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)和鈇(Uuq)組成的周期表中的族；以及堿土金屬由鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)和鐳(Ra)組成的周期表中的族。除此之外，滿足上述條件的化合物的實例包括:二氧化娃、碳化硼、氮化硼和招的二氧化物(aluminium dioxide)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，磨料顆粒包括以細粉末或粒狀混合物的形式的上述單獨的化合物或它們的混合物中的任何一種。[0022]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方式中，除了磨料顆粒和無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽外，添加劑組合物包括至少一種下列物質(zhì):脂族醇、丁二酰亞胺衍生物、芳族胺、環(huán)氧樹脂和/或2-亞氨基取代的吲哚啉。根據(jù)本發(fā)明，無機酸的油溶性金屬鹽包括:油溶性金屬鹽，也即，下列金屬Cu、Co、Pb、Sn、Ni中至少一種的氯化物、溴化物和/或碘化物。進一步地，根據(jù)本發(fā)明，有機酸的油溶性金屬鹽包括:分子式中具有15至18個碳原子的有機酸的金屬鹽，例如，油酸CH3 (CH2) 7CH=CH (CH2) 7C00H的金屬鹽；有機酸的金屬鹽的另一實施例為油酸錫C36H6604Sn。應當注意的是，所述無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽完全溶解在最終產(chǎn)品中，也即，溶解在包括具有根據(jù)本發(fā)明的組成的潤滑油添加劑的潤滑油中。
[0023]本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方式中，丁二酰亞胺衍生物包括S-5A聚烯基丁二酰亞胺，芳族胺包括同型二苯胺(homotype diphenylamine),環(huán)氧樹脂包括商業(yè)可得到的脂族環(huán)氧樹脂M 3 gamma-1，其由丙二醇和環(huán)氧氯丙烷縮合制得。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的用途方面，根據(jù)上述限定中的任何一種組合物可被用作潤滑油添加劑組合物(也即，復合潤滑油添加劑)。進一步說，提供了一種潤滑油添加劑組合物用于摩擦表面的磨損保護的應用，該潤滑油添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽以及磨料顆粒。此外，提供了一種潤滑油添加劑組合物用于金屬表面潤滑的應用，該潤滑油添加劑組合物包括無機酸的金屬鹽和有機酸的金屬鹽以及磨料顆粒。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了組合物的用途，用于摩擦表面的磨損保護，該組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，以及0.005wt%至0.lwt%,優(yōu)選0.01wt%至0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了組合物的用途，所述組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽以及磨料顆粒，其中，磨料顆粒的平均直徑尺寸為0.5μπι至20 μ m,優(yōu)選為I μ m至10 μ m,最優(yōu)選為I μ m至3 μ m。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了組合物的用途，所述組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽以及磨料顆粒，其中，磨料顆粒具有至少為7的莫氏硬度。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了組合物的用途，所述組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽以及磨料顆粒，進一步包括至少一種下列物質(zhì):脂族醇、丁二酰亞胺衍生物、芳族胺、環(huán)氧樹脂和/或2-亞氨基取代的吲哚啉。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于摩擦表面的磨損保護的方法，包括:將潤滑油涂覆至所述摩擦表面，所述潤滑油包括lwt%至5wt%的添加劑組合物，所述添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，以及0.005wt%至0.lwt%，優(yōu)選0.01wt%至0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。換句話說，一種用于摩擦表面的磨損保護的方法，所述方法包括:將潤滑油(例如基礎油)涂覆至所述摩擦表面，其中潤滑油或基礎油包括1?丨％至5被％的添加劑(也即，復合添加劑)，其中，除了無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽外，所述添加劑包括0.005wt%至0.lwt%,優(yōu)選0.01wt%至
0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。
[0030]一般來講，根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物能夠通過本領域已知的任何一種的技術來制造，例如常規(guī)混合技術，它們不同的變型對于本領域技術人員也是熟知的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]以下，參照附圖詳細解釋本發(fā)明的實施方式，附圖示出了不同潤滑油添加劑的測
量結(jié)果。
[0032]圖1為示出了摩擦和磨損實驗研究中試樣的總磨損的曲線圖。不同的曲線代表了在將潤滑油涂覆至摩擦表面后的樣品的總磨損，潤滑油包括進一步包含0.0wt%至0.07wt%的磨料顆粒的添加劑組合物；
[0033]圖2為示出了對于六種不同潤滑油添加劑組合物，試樣表面的磨損直徑作為施加的壓力的函數(shù)的曲線圖；
[0034]圖3為示出了在施加2600MPa的恒壓下的樣品的溫度變化率。如上所述，不同的曲線代表了潤滑油的測量結(jié)果，潤滑油包括進一步包含0.0被％至0.07被％的磨料顆粒的添加劑組合物；以及
[0035]圖4為示出了在摩擦和磨損研究期間，樣品的總溫度變化的圖表。研究的潤滑油包括進一步包含0.0wt%至0.07wt%的`磨料顆粒的添加劑組合物。
【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]下列實施例進一步描述本發(fā)明。表1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于潤滑油的不同的添加劑組合物。根據(jù)本發(fā)明的潤滑油添加劑組合物能夠使得在摩擦表面上快速地形成薄金屬膜。所述金屬膜保護表面免受機械磨損和氫脆化。研究表明，含有根據(jù)本發(fā)明的添加劑組合物的潤滑油在下列摩擦表面上:鋼-鋼、鋼-鐵和鋼-銅中提供了所需的結(jié)果。表2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的用于潤滑油的組合物。
[0038]表1
[0039]
【權利要求】
1.一種潤滑油添加劑組合物，包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽， 其特征在于，該添加劑組合物進一步包括0.005wt%至0.lwt%,優(yōu)選0.0 lwt%至0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的潤滑油添加劑組合物，其特征在于，所述磨料顆粒的平均直徑尺寸為0.5 μ m至20 μ m,優(yōu)選為I μ m至10 μ m,最優(yōu)選為I μ m至3 μ m。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的潤滑油添加劑組合物，其特征在于，所述磨料顆粒的莫氏硬度至少為7。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的潤滑油添加劑組合物，其特征在于，所述磨料顆粒包括硼族、碳族和/或堿土金屬族的元素的碳酸鹽、氮化物、碳化物和/或氧化物。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的潤滑油添加劑組合物，其特征在于，所述添加劑組合物包括至少一種下述化合物:脂族醇、丁二酰亞胺衍生物、芳族胺、環(huán)氧樹脂和/或2-亞氨基取代的吲哚啉。
6.一種潤滑油添加劑組合物的應用，用于摩擦表面的磨損保護，所述潤滑油添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，以及0.005wt%至0.lwt%，優(yōu)選0.01wt%至0.05wt%,最優(yōu)選0.01wt%至0.03wt%的磨料顆粒。
7.根據(jù)權利要求6所述的組合物的應用，其特征在于，所述磨料顆粒的平均直徑尺寸為0.5 μ m至20 μ m,優(yōu)選為I μ m至10 μ m,最優(yōu)選為I μ m至3 μ m。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的組合物的應用，其特征在于，所述磨料顆粒的莫氏硬度至少為7。`
9.根據(jù)權利要求6至8中任一項所述的組合物的應用，其特征在于，所述添加劑組合物包括至少一種下述化合物:脂族醇、丁二酰亞胺衍生物、芳族胺、環(huán)氧樹脂和/或2-亞氨基取代的吲哚啉。
10.一種用于摩擦表面的磨損保護的方法，包括: 將潤滑油涂覆至所述摩擦表面，所述潤滑油包括lwt%至5wt%的添加劑組合物，所述添加劑組合物包括無機酸的油溶性金屬鹽和有機酸的油溶性金屬鹽，以及0.005wt%至`0.lwt%,優(yōu)選 0.01wt% 至 0.05wt%,最優(yōu)選 0.01wt% 至 0.03wt% 的磨料顆粒。
【文檔編號】C10M171/06GK103517971SQ201280017777
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年2月10日 優(yōu)先權日:2011年2月10日
【發(fā)明者】約翰·馮克諾林, 卡爾-艾里克·斯特蘭德, 愛德華·阿爾布雷希特, 謝爾蓋·M·瑪尼肯 申請人:Ab納諾技術有限公司